許春林，恒勇奇，李 崢，薛向磊，王金武*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)裝備研究所，杭州 310021）

土壤耕整作業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程重要環(huán)節(jié)[1-2]。旋耕為平原地區(qū)主要耕作方式，可一次性完成耕耙作業(yè)，且耕后表土細(xì)碎、地表平整，但存在能耗高、土壤擾動(dòng)大等問(wèn)題[3-4]。近年學(xué)者通過(guò)理論減阻、振動(dòng)減阻和仿生減阻等技術(shù)雖降低一定旋耕耕作阻力[5-7]，但旋耕產(chǎn)生的拋土功耗大和土壤擾動(dòng)大等問(wèn)題并未解決。許春林等研制斜置式螺旋帶狀整地裝置，以帶狀整地代替全幅整地、以螺旋整地代替旋耕整地為上述問(wèn)題提供解決方案[8]。功率消耗是衡量整地裝置綜合性能重要參數(shù)[9]，研究斜置式螺旋帶狀整地裝置作業(yè)功耗，對(duì)優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)具配套動(dòng)力和減阻降耗等具有重要價(jià)值。

傳統(tǒng)耕作部件功耗試驗(yàn)通常在田間或室內(nèi)土槽試驗(yàn)臺(tái)上完成。田間試驗(yàn)可直接反應(yīng)耕作機(jī)具實(shí)際性能和土壤響應(yīng)，但存在控制精度差、土壤環(huán)境因素不可控等缺點(diǎn)[10]。離散元法可有效解決耕作部件與土壤相互作用的非線性問(wèn)題，獲取田間試驗(yàn)缺少的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)耕作部件性能預(yù)測(cè)及參數(shù)優(yōu)化，成為當(dāng)前農(nóng)機(jī)具研究重要輔助手段。祝英豪等基于離散元法，構(gòu)建稻板田旋耕功耗預(yù)測(cè)模型，用以輔助旋埋刀輥功耗檢測(cè)[11]；胡建平等基于離散元法，構(gòu)建雙軸旋耕—秸稈—土壤耕作模型，研究雙軸配置參數(shù)對(duì)功耗影響，通過(guò)響應(yīng)面分析，建立功耗數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型[12]；Zhao等采用離散元法模擬不同刃口曲線旋耕刀作業(yè)時(shí)扭矩要求和土壤擾動(dòng)特性，結(jié)果表明隨刃口滑切角增加，作業(yè)所需扭矩和土壤擾動(dòng)量均減小[13]。

本文根據(jù)東北地區(qū)土壤特性及螺旋帶狀整地裝置作業(yè)特點(diǎn)，分析螺旋帶狀整地裝置作業(yè)功耗和土壤擾動(dòng)，得到螺旋帶狀整地裝置作業(yè)功耗與結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作參數(shù)、土壤物理及力學(xué)性質(zhì)函數(shù)關(guān)系。通過(guò)離散元法建立該裝置功耗模型，明確入土角度、轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度等因素對(duì)作業(yè)功耗影響，并通過(guò)土槽試驗(yàn)驗(yàn)證，以期為螺旋帶狀整地裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化、動(dòng)力合理配套和功耗特性研究等提供參考。

1 結(jié)構(gòu)與原理

螺旋帶狀整地裝置的螺旋葉片用4 mm鋼板經(jīng)模具冷壓而成，焊接于螺旋帶狀整地裝置刀軸，螺旋葉片左旋。整地作業(yè)由螺旋葉片繞自身軸線圓周運(yùn)動(dòng)（相對(duì)運(yùn)動(dòng)）及隨機(jī)組前進(jìn)直線運(yùn)動(dòng)組成。與旋耕刀長(zhǎng)幅擺線運(yùn)動(dòng)不同[14]，螺旋帶狀整地裝置絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線。操作人員可根據(jù)農(nóng)藝和作業(yè)要求調(diào)解螺旋整地裝置入土角（見(jiàn)圖1中θ所示）調(diào)節(jié)耕深。如圖1所示，當(dāng)機(jī)具作業(yè)時(shí)，螺旋葉片可隨機(jī)具以速度V前行作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)切入正前方土壤，也可以角速度繞自身軸線作圓周運(yùn)動(dòng)，擠壓被切土壤并切下土垡；兩種運(yùn)動(dòng)共同作用于土層作切削。

圖1 作業(yè)示意圖Fig.1 Tillage schematic

切削后土壤由于受離心力、重力、螺旋葉片法向力（法向力可分解為軸向分力和徑向分力）、摩擦力等共同作用，產(chǎn)生兩種狀態(tài)：土壤顆粒所受離心力（慣性力）大于其他力合力時(shí)，土壤顆粒被螺旋葉片拋出；土壤顆粒所受離心力（慣性力）小于其他力合力時(shí)，隨螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)，并在螺旋葉片法向推力的軸向分力及摩擦力作用下向后運(yùn)動(dòng)。土壤顆粒在被螺旋葉片拋出和向后推送過(guò)程中，和溝壁、螺旋葉片及其他土壤顆粒碰撞，導(dǎo)致土壤破碎。螺旋葉片推動(dòng)土塊向后運(yùn)動(dòng)，不僅完成推土整地作業(yè)，同時(shí)產(chǎn)生的軸向力也可減小拖拉機(jī)對(duì)機(jī)具的牽引阻力。圖2為擾動(dòng)后土壤分布和耕作帶耕層斷面示意圖。

圖2 耕作帶耕層斷面示意圖Fig.2 Schematic diagram of plowing zone

2 螺旋帶狀整地裝置功耗分析

根據(jù)螺旋帶狀整地裝置工作原理可知：螺旋帶狀整地裝置作業(yè)時(shí)功率消耗主要來(lái)自切土功耗和拋土功耗。

2.1 螺旋帶狀整地裝置運(yùn)動(dòng)模型

建立螺旋帶狀整地裝置運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系。坐標(biāo)系原點(diǎn)固定在攪龍末端旋轉(zhuǎn)軸中心位置，x軸沿?cái)圐埿D(zhuǎn)軸斜向上，y軸、z軸分別與x軸垂直且位于攪龍旋轉(zhuǎn)平面上。

設(shè)機(jī)具前進(jìn)速度為V，作業(yè)時(shí)間為t，則位于攪龍螺旋葉片點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程為：

式中，V-機(jī)具前進(jìn)速度（m.s-1）；θ-螺旋攪龍入土角度（°）；ω-螺旋攪龍旋轉(zhuǎn)角速度（rad.s-1）；R-螺旋攪龍葉片半徑（m）。

利用Matlab畫(huà)出螺旋帶狀整地裝置運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖3所示。

圖3 螺旋葉片邊緣處點(diǎn)部分軌跡Fig.3 Partial trajectories of the pointsat theedge of the spiral blade

對(duì)方程式（1）中時(shí)間求導(dǎo)，可得螺線攪龍葉片端點(diǎn)速度在坐標(biāo)軸上投影：

則螺旋攪龍葉片端點(diǎn)絕對(duì)速度的模為：

表明螺旋攪龍葉片端點(diǎn)絕對(duì)速度（切削土壤的速度）受螺旋轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度、入土角度及螺旋葉片直徑影響。

2.2 切土功耗

土壤強(qiáng)度破壞機(jī)理為剪切破壞，在土體內(nèi)某一截面上，其剪應(yīng)力等于該截面抗剪強(qiáng)度時(shí)，則在該截面上發(fā)生剪切破壞[15]。螺旋帶狀整地裝置工作時(shí)，在螺旋葉片前方土壤由于受螺旋葉片旋轉(zhuǎn)擠壓作用發(fā)生破壞，取螺旋刃面微元體ds（見(jiàn)圖4），若忽略葉片摩擦作用對(duì)土壤應(yīng)力狀態(tài)影響，則最大主應(yīng)力可由應(yīng)力極限圓求出：

圖4 螺旋葉片微元受力Fig.4 Forceacting on micro elements of helical blades

式中，C-土壤內(nèi)聚力系數(shù)（N.m-2）；φ為土壤內(nèi)摩擦角（°）。

作用在螺旋葉片微元上法向力F1為：

式中，i-螺旋葉片每轉(zhuǎn)在進(jìn)給方向上位移量（m）；n為螺旋葉片轉(zhuǎn)速（r.min-1）。

作用在螺旋葉片微元上摩擦力F2為：

式中，μ-土壤與螺旋葉片摩擦系數(shù)。

參與切削土壤螺旋葉片長(zhǎng)度為：

式中，h-作業(yè)耕深（m）。

力F1和F2對(duì)刀軸力矩為：

螺旋葉片切削土壤阻力矩為：

由于螺旋葉片切削土壤時(shí)僅有半周參與，所以實(shí)際切削土壤時(shí)力矩為[16]：

螺旋葉片切削土壤阻力矩為：

綜上，螺旋帶狀整地裝置切土功耗為：

2.3 拋土功耗

螺旋帶狀整地裝置作業(yè)時(shí)，會(huì)在正前方切削出半圓柱形溝壁（見(jiàn)圖1）。切削形成的溝壁可看作傾斜放置的螺旋輸送器管壁，故溝壁與螺旋帶狀整地裝置可組成傾斜放置的螺旋升運(yùn)器，輸送方向沿螺旋軸向下。因此，螺旋葉片轉(zhuǎn)速直接影響螺旋葉片上土壤運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)螺旋葉片轉(zhuǎn)速小于臨界轉(zhuǎn)速ns時(shí)，螺旋葉片僅對(duì)土壤有推土作用；當(dāng)螺旋葉片轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速ns時(shí)，螺旋葉片開(kāi)始對(duì)土壤產(chǎn)生拋土作用[17]。臨界轉(zhuǎn)速可由以下經(jīng)驗(yàn)公式求出：

式中，A-物料綜合特性系數(shù)，查文獻(xiàn)[18]取50；D-螺旋直徑（mm）。

切削后螺旋滾筒內(nèi)土壤可隨螺旋葉片以角速度ω作圓周運(yùn)動(dòng)，也可與螺旋葉片產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。當(dāng)土壤顆?；瑒?dòng)至螺旋葉片邊緣時(shí)，土壤顆粒速度最大，此時(shí)土壤顆粒最大速度為[19]：

式中，Va-螺旋葉片邊緣處絕對(duì)速度（m.s-1）；φ1-葉片與土壤摩擦角（°）；S-螺旋葉片螺距（m）。

單位時(shí)間內(nèi)螺旋帶狀整地裝置切削土壤質(zhì)量為：

式中，ρ-土壤密度（kg.m-3）；L-耕寬（m）；h-耕深（m）。

被拋土壤顆粒動(dòng)能為：

綜上，單位時(shí)間內(nèi)拋土功耗為：

由此，螺旋帶狀整地裝置作業(yè)功耗為：

3 仿真試驗(yàn)與分析

為研究螺旋帶狀整地裝置作業(yè)功耗和土壤擾動(dòng)性能，控制無(wú)關(guān)變量一致性，采用離散元分析軟件建立仿真土壤模型，結(jié)合正交試驗(yàn)作離散元仿真。

3.1 離散元模型建立

為準(zhǔn)確模擬東北壤土物理特性，保證仿真結(jié)果可靠性，選取哈爾濱市農(nóng)業(yè)科學(xué)院示范園區(qū)（位于哈爾濱市萬(wàn)寶鎮(zhèn)）試驗(yàn)地東北壤土開(kāi)展參數(shù)測(cè)量。2020年9月25日實(shí)測(cè)0～200 mm深度土層平均含水率21.44%，平均土壤容重1.21 g.cm-3，平均土壤堅(jiān)實(shí)度2.88 kPa。根據(jù)東北壤土特點(diǎn)，設(shè)置土壤顆粒間力學(xué)關(guān)系模型為Herts-Mindlin with Bonding接觸模型[20]。通過(guò)確定仿真接觸模型及參數(shù)，在不影響裝置仿真結(jié)果條件下，為減少軟件運(yùn)行時(shí)間，建立適用于螺旋帶狀整地裝置離散元虛擬土槽[1 000 mm（長(zhǎng)）×400 mm（寬）×300 mm（高）]，土壤密度1 210 kg.m-3。土壤顆粒為單顆球狀顆粒，半徑7 mm。為模擬土壤顆粒在螺旋帶狀整地裝置作業(yè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)行為，應(yīng)用Solidworks 2018軟件創(chuàng)建出螺旋帶狀整地裝置幾何仿真模型，并將幾何模型以.stl文件格式導(dǎo)入EDEM中，虛擬土槽和幾何仿真模型如圖5所示。接觸參數(shù)設(shè)置如下：土壤泊松比為0.25，土壤剪切模量為1×106Pa，土壤-土壤恢復(fù)系數(shù)為0.13，土壤-土壤動(dòng)摩擦因數(shù)為0.27，土壤-土壤靜摩擦因數(shù)為0.56，土壤-裝置恢復(fù)系數(shù)為0.16，土壤-裝置動(dòng)摩擦因數(shù)為0.35，土壤-裝置靜摩擦因數(shù)為0.6，土壤顆粒間法向接觸剛度為3.4×108N.m-1，土壤顆粒間切向接觸剛度為1.5×108N.m-1，土壤顆粒間臨界法向應(yīng)力為2×105Pa，土壤顆粒間臨界切向應(yīng)力為6.8×104Pa。

圖5 虛擬土槽和幾何模型Fig.5 Simulation soil bin and gemetric model

3.2 仿真試驗(yàn)方法

公式（20）功耗模型可知，當(dāng)土壤物理和力學(xué)性質(zhì)一定時(shí)，螺旋帶狀整地裝置作業(yè)功耗與作業(yè)速度、螺旋葉片轉(zhuǎn)速、入土角度等因素有關(guān)。故選取入土角度θ、作業(yè)速度V、刀軸轉(zhuǎn)速n為試驗(yàn)因素，根據(jù)中心組合試驗(yàn)（CCD）設(shè)計(jì)原理，設(shè)置因素參數(shù)作離散元仿真。其中，耕深為120 mm，試驗(yàn)因素編碼如表1所示。

表1 試驗(yàn)因素編碼Table 1 Experimental factors codes

選取作業(yè)功耗為評(píng)價(jià)指標(biāo)。利用EDEM 2018軟件后處理模塊，提取整地裝置在仿真過(guò)程中扭矩?cái)?shù)據(jù)，繪制扭矩變化折線圖，輸出整地裝置在仿真過(guò)程中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)所需總扭矩值，導(dǎo)入EXCEL中求出所有點(diǎn)平均扭矩。

螺旋帶狀整地裝置作業(yè)時(shí)總功耗為其轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩所產(chǎn)生功耗，其計(jì)算公式為：

式中，P-作業(yè)功耗（kW）；M-刀軸扭矩（N.m-1）；n-刀軸轉(zhuǎn)速（r.min-1）。

3.3 仿真結(jié)果與分析

3.3.1 仿真結(jié)果

仿真試驗(yàn)?zāi)康氖谴_定不同影響因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響規(guī)律，尋找最佳參數(shù)。通過(guò)EDEM軟件實(shí)施試驗(yàn)方案，共23組，試驗(yàn)方案與測(cè)定結(jié)果如表2所示，其中X1、X2、X3分別為入土角度θ、作業(yè)速度V、轉(zhuǎn)速n的編碼值。

表2 試驗(yàn)方案及結(jié)果Table2 Experimental project and results

3.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

為確定實(shí)驗(yàn)因素對(duì)作業(yè)功耗影響規(guī)律，應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果作回歸分析，作業(yè)功耗回歸方程顯著性分析結(jié)果見(jiàn)表3。

由方差分析結(jié)果可知，入土角度、作業(yè)速度、刀軸轉(zhuǎn)速均對(duì)作業(yè)功耗有極顯著影響，且入土角度與作業(yè)速度、作業(yè)速度與轉(zhuǎn)速間存在交互作用。因素和因素間交互作用對(duì)于作業(yè)功耗影響順序?yàn)椋篨2、X3、X1、X32、X22、X2X3、X1X2、X1X3、X12，其中X2、X3、X1、X32、X22影響極顯著（P＜0.01），X2X3、X1X2影響顯著（0.01≤P＜0.05），其余影響因素均不顯著（P＞0.1）。剔除不顯著項(xiàng)后，得到作業(yè)功耗因素編碼回歸方程為：

對(duì)回歸方程（22）作失擬性檢驗(yàn)，如表3所示，其中P=0.7973，不顯著（P＞0.1），證明不存在其他影響試驗(yàn)指標(biāo)的主要因素，試驗(yàn)指標(biāo)和試驗(yàn)因素存在顯著二次關(guān)系，分析結(jié)果合理。

3.3.3 響應(yīng)曲面分析

通過(guò)表3方差分析可知，入土角度X1、作業(yè)速度X2、轉(zhuǎn)速X3均對(duì)作業(yè)功耗P有顯著影響，但其交互作用存在不顯著項(xiàng)。為研究因素間交互作用對(duì)作業(yè)功耗影響，利用Design-Expert 8.0.6軟件的3DSurface model graphs得出入土角度、作業(yè)速度、轉(zhuǎn)速顯著交互作用對(duì)作業(yè)功耗影響的響應(yīng)曲面，如圖6所示。

表3 作業(yè)功耗方差分析Table 3 Varianceanalysis of power consumption

當(dāng)螺旋葉片轉(zhuǎn)速為250 r.min-1時(shí)，入土角度和作業(yè)速度的交互作用如圖6a所示：當(dāng)入土角度一定時(shí)，作業(yè)功耗隨入土角度增大而增大；當(dāng)入土角度一定時(shí)，作業(yè)功耗隨作業(yè)速度增大而增大。當(dāng)入土角度為25°時(shí)，螺旋葉片轉(zhuǎn)速和作業(yè)速度的交互作用如圖6b所示：當(dāng)作業(yè)速度一定時(shí)，作業(yè)功耗隨螺旋葉片轉(zhuǎn)速提高而增大；當(dāng)螺旋螺旋葉片轉(zhuǎn)速一定時(shí)，作業(yè)功耗隨作業(yè)速度增大而增大。

圖6 作業(yè)功耗的雙因素響應(yīng)曲面Fig.6 Responsesurface of doubleparametersabout power consumption

3.3.4 參數(shù)優(yōu)化

為得到最佳試驗(yàn)因素水平組合，利用Design-Expert 8.0.6軟件中優(yōu)化模塊對(duì)回歸模型求解，依據(jù)螺旋帶狀整地裝置實(shí)際工作條件和作業(yè)性能要求選擇優(yōu)化約束條件為：

由式（23）可得，當(dāng)螺旋帶狀整地裝置入土角度為22°、作業(yè)速度為0.22 m.s-1、螺旋葉片轉(zhuǎn)速為200 r.min-1時(shí)，螺旋帶狀整地裝置作業(yè)功耗最小，此時(shí)，作業(yè)功耗為0.5717 kW，對(duì)該優(yōu)化結(jié)果作仿真試驗(yàn)驗(yàn)證其合理性。

4 仿真模型驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述離散元仿真模型精度，通過(guò)土槽試驗(yàn)臺(tái)作臺(tái)架試驗(yàn)，并將實(shí)測(cè)值與仿真值對(duì)比。

4.1 土壤準(zhǔn)備

試驗(yàn)于2020年12月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心室內(nèi)土槽試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行。試驗(yàn)所用土壤取自哈爾濱市農(nóng)業(yè)科學(xué)院示范園區(qū)試驗(yàn)田（哈爾濱市萬(wàn)寶鎮(zhèn)）。土壤經(jīng)干燥、篩分后填入土槽，逐層淋水、壓實(shí)等工序直至土壤容重達(dá)1.21 g.cm-3、平均含水率達(dá)21.78%（與取土試驗(yàn)田0～200 mm深度所測(cè)土壤基本性狀保持一致）。每次試驗(yàn)前，將土壤破碎-平整-壓實(shí)至上述狀態(tài)，提高土槽試驗(yàn)與田間試驗(yàn)相近度。

4.2 試驗(yàn)原理及裝置

試驗(yàn)螺旋帶狀整地裝置作研究對(duì)象。室內(nèi)土槽長(zhǎng)×寬×高為6 m×1.2 m×0.4 m，螺旋帶狀整地裝置通過(guò)螺栓固定在自制試驗(yàn)臺(tái)架上，土槽試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。螺旋帶狀整地裝置耕作過(guò)程中所受扭矩由HN-50C型動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試儀（溫州市海寶儀器有限公司）和配套電腦測(cè)試軟件配合測(cè)量與記錄。

圖7 土槽試驗(yàn)臺(tái)Fig.7 Soil bin test-bed

試驗(yàn)時(shí)，臺(tái)架固定，土槽前進(jìn)速度由5.5 kW電機(jī)Y132M2-6（浙江方大電機(jī)有限公司）和配套變頻器控制，變頻器頻率為120、145、170 Hz時(shí)對(duì)應(yīng)前進(jìn)速度為0.2、0.25、0.3 m.s-1；螺旋帶狀整地裝置轉(zhuǎn)速由YE2-100L（南京環(huán)球電機(jī)有限公司）和配套變頻器控制，變頻器頻率為14.66、16.66、18.66 Hz時(shí)對(duì)應(yīng)螺旋葉片轉(zhuǎn)速為220、250、280 r.min-1；入土角度可通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)在10～30°調(diào)整，耕深固定為120 mm。利用土槽試驗(yàn)臺(tái)分別以3種工況開(kāi)展土槽整地試驗(yàn)，通過(guò)扭矩測(cè)定軟件得到試驗(yàn)過(guò)程中扭矩。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

利用土槽試驗(yàn)臺(tái)分別以3種工況開(kāi)展土槽整地試驗(yàn)，通過(guò)扭矩測(cè)定軟件得到試驗(yàn)過(guò)程中扭矩值，并利用公式（21）計(jì)算出實(shí)測(cè)功耗值，最后計(jì)算仿真值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差，結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)表4可知，實(shí)測(cè)值與仿真值相對(duì)誤差均值為8.34%，范圍在7.06%～9.40%；實(shí)測(cè)功耗值和仿真功耗值變化趨勢(shì)一致；實(shí)測(cè)功耗值均大于仿真功耗值，主要是土槽內(nèi)土壤物理性質(zhì)不完全一致、作業(yè)過(guò)程中不可避免的磨擦及磨損、土壤黏附螺旋葉片等原因?qū)е骂~外功率消耗。誤差對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，離散元仿真模型可較準(zhǔn)確反映螺旋帶狀整地裝置在作業(yè)過(guò)程中功率消耗情況，為后續(xù)該裝置的動(dòng)力匹配和參數(shù)優(yōu)化等研究提供支持。

表4 誤差對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 4 Error contrast test and result

5 結(jié) 論

a.基于土壤強(qiáng)度破壞機(jī)理，分析螺旋帶狀整地裝置碎土原理，提出該裝置切土和拋土過(guò)程功耗方程，建立螺旋帶狀征地裝置的整地功耗模型。

b.運(yùn)用Central Comsite法設(shè)計(jì)試驗(yàn)，通過(guò)離散元仿真模型作模擬試驗(yàn)，并依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立整地功耗與入土角度、作業(yè)速度、螺旋葉片轉(zhuǎn)速3個(gè)試驗(yàn)因素回歸數(shù)學(xué)模型；確定試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響順序?yàn)樽鳂I(yè)速度、螺旋葉片轉(zhuǎn)速、入土角度；同時(shí)也確定3個(gè)因素對(duì)作業(yè)功耗影響規(guī)律和交互關(guān)系。

c.利用土槽試驗(yàn)臺(tái)測(cè)定螺旋帶狀整地裝置在不同工況下作業(yè)功耗，并與離散元仿真值對(duì)比，得出仿真值與實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差均值為8.34%，說(shuō)明該離散元仿真模型可較準(zhǔn)確反映螺旋帶狀整地裝置作業(yè)功耗。